具有改进的效率的电加强型空气过滤制造技术

一种在包括纤维性过滤介质的电加强型空气净化系统中特别有用的过滤器组件。导电电极附接于所述纤维性过滤介质，以便所述导电电极与所述纤维性过滤介质在多个基本在同一平面上的位置物理接触。所述导电电极耦合到能够在操作中中和所述纤维性过滤介质上积累的待去除的电荷的电位，从而保持较高的效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及电加强型空气过滤，更具体地说，涉及用于提高电加强型空气过滤效率的系统和方法，所述系统和方法同时可以避免产生电弧，并且可以使得由采用的机械过滤器的纤维上的电荷积累造成的聚集效率的损耗最小化。
技术介绍
气体过滤，更具体地说空气过滤，被广泛用于包括汽车、家庭、办公建筑以及生产设备的各种应用。尽管过滤系统和过程可以用于净化生产环境、生产气体、燃烧气体等类似的应用，但在很多情况下，过滤系统被用于去除呼吸的空气中的污染物质，例如灰尘、微粒、微生物以及毒素等。一种特殊的应用是用于建筑物内的供暖、通风和空调(HVAC)系统。HVAC系统包括使得空气从气源移动通过管道系统的电机和鼓风机，管道系统用于在整个建筑物空间内分配空气。气源可以是外部空气、来自建筑物内部的再循环的空气、或者外部空气和再循环的空气的混合气体。空调系统，例如热交换器，加湿器，减湿器等与管道系统设置在一列上，以便在供应的空气进入建筑物空间之前调节它的各项特性。空气过滤系统与管道系统设置在一列上，以便从空气中过滤掉在气流中出现的微粒和有机物。机械过滤器包括支撑框架中所包含的扁平、或打褶的纤维垫。该过滤器是充分地多孔渗透的，以便允许空气流过过滤器。在操作过程中，当气流通过机械过滤器时，其捕获过滤纤维上的微粒和有机物。为了捕获较小的粒子，可增大纤维的密度以减少单个纤维之间的空间。单个纤维之间的空间越小，能够被捕获的粒子的尺寸就越小。可惜由于开口变小，因而对气流的阻力变大，因此当采用较高密度的纤维时，使空气通过过滤器所需要的能量大大增加。此外，由于纤维装载有被捕获的微粒，因而气流进一步受到限制。因此，高效的机械过滤对于许多应用来说是不实用的。另外，机械过滤器成为被捕获的细菌和其他有机物的滋生地。因此，机械过滤器实际上变成了污染源。另一种类型的过滤机制采用具有较小的空气限制的摩擦静电技术来提高微粒的捕获效率。摩擦静电过滤利用了空气在某些类型的材料上移动产生摩擦，导致电荷转移(即，静电)而使得过滤器纤维表面带电这一事实。该表面电荷促使具有相反电荷的粒子附在过滤器纤维上。由于表面带电是由气流的摩擦产生的，因此静电过滤器是不需要外部加电的“自带电”型过滤器。因此，在不增加纤维密度的情况下，提高了粒子的捕获效率。尽管摩擦静电过滤是对纯机械过滤的改进，但是由过滤器上的空气运动而引起的电荷转移是相对较少的。另外，只是对于带有与过滤介质的电性相反的电荷的粒子来说，粒子的捕获效率提高了。对于电中性的粒子来说，过滤器的捕获效率与机械过滤器类似。另外，由于微粒物质在过滤器的纤维上聚集，因此由于阻止了气流与纤维的表面接触而降低了摩擦作用。已经发展了利用内嵌的电场来提高过滤介质的捕获效率的驻极体过滤介质。当驻极体介质过滤器的纤维形成后，通过利用电场或其他的技术而使所述纤维带电或使其极化。这种带电方式采用与摩擦静电过滤器相同的方式提高了过滤器的初始捕获效率。然而，由于带有相反电荷的粒子在驻极体过滤介质上积累，因此原来固有的电荷被粒子电荷中和，并且过滤器的效率返回到纯机械过滤器的更典型的效率。有源电加强型空气过滤基于与摩擦静电过滤器类似的原理工作，但是其利用外部施加的电而使得过滤介质极化，而不是利用自带电的静电效应。利用外部施加的电能够具有较高的电压和相应较高的聚集效率。较高的电压要求一些元件之间具有较大的间隔，以避免产生电弧，这使得早期的部件对于一些应用来说体积太大。另外，降低了效率并且产生臭氧的电弧问题使得早期的电加强型过滤器受到批评，并且早期的电加强型过滤器在去除空气中各种尺寸的微粒方面能力有限。然而，近年来引进了几种改进的设计。例如，转让给作为本专利技术的受让人的斯特奈尔空气公司的美国第5,549,735号专利和第5,593,476号专利，描述了电加强型纤维性的空气过滤器，其将极化的过滤介质与上游的预充电系统结合使用，在微粒到达极化的过滤介质之前使其带电。该系统利用了在控制电弧的同时产生穿过过滤介质的较高的极化电场的电极排列。为了使在电加强型空气过滤器中使用的过滤介质极化，所述介质必须是基本绝缘的。然而，在操作中，绝缘的介质往往积累纤维的电荷，从而导致粒子的移动效率降低。随着时间的流逝，由于来自聚集的粒子的电荷在带有反向电荷的纤维点处积累，因此该电荷积累防止了引入的其他的带电粒子被吸引到这些聚集点。事实上，该积累的电荷会排斥引入的粒子而使其离开纤维。此外，在利用阴极电离而使粒子预先带电的电加强型空气过滤器中，过滤器捕获的任何病原体都会受到电子和带有负电荷的粒子的轰击，从而最终导致有机物的细胞壁破裂以杀死病原体。认为纤维上的电荷积累会排斥电子而使其远离有机物，因此所述有机物不会接纳用于杀死它的药物。在授权给Jaisinghani等人的美国第4,940,470号专利和第5,403,383号专利中描述了另一种电加强型空气过滤系统。这些设计提出了这样一种结构，其中，将高压极化的电极放置在过滤器的上游时，接地电极接近或者接触过滤介质。在这些设计中，接地电极参与使过滤介质极化的电场的应用。在某些实施例中，接地电极与过滤介质物理接触。然而，这些专利和专利申请没有教导接地电极应当配置成传导积累的电荷使其远离过滤介质。由于接地电极用于电场的成形，因此认为过滤介质的整个下游表面是基本导电的、因而过滤器的全部表面具有相似的电位是很重要的。然而，已经发现这种结构在打褶的过滤器设计中会促使产生电弧，因为通过所述褶，接地电极和上游的电离电极之间的距离是变化的。另外，过滤器表面和接地电极之间的连续接触使气流受到干扰。Leiser的、已公开的美国专利申请20020152890A1，通过建议只对过滤介质的下游侧的一部分应用导电涂层，以减少电弧的出现，从而对Jaisinghani等人的方案进行了改进。尽管意识到了电弧问题，但是，Leiser的申请仍然仅仅依赖接地电极以利用电场从而使过滤器纤维极化。重要的是，Leiser的申请没有意识到随着时间的流逝，在操作中过滤器纤维上的电荷积累会降低性能。另外，Leiser的申请，像Jaisinghani等人的专利一样，教导涂敷打褶的过滤介质的一部分，这样会导致接地电极与上游电离电极之间的距离不一致。因此，Leiser的申请针对电弧问题提供了一种不完善的方案，并且没有提高效率或者长期的性能。此外，涂覆在下游的褶上的导电涂层阻挡气流通过过滤介质的涂敷部分，从而降低了用于过滤粒子的有效面积。由于气流在打褶处被阻挡，因而改变了气流动力学，这样会使得打褶的形状变形，并且进而降低系统的效率。电加强型空气过滤工业不断寻求在可制造性和成本方面的改进。尽管已经证实了电加强型空气过滤器具有优越的性能，但是机械过滤独有显著的原始成本优势，因为其设计简单并且具有相对较低的过滤器替换成本。许多电加强型空气过滤器设计包括专门形成的过滤介质，其中，给过滤介质增加了导电层、油漆、或者墨水，从而能够通过该介质建立电场。例如，Jaisinghani等人要求下游的过滤器表面具有导电层，而Leiser需要将导电漆用于过滤介质中以建立极化的电场。美国第5,549,735号专利和第5,593,476号专利中描述的电加强型空气过滤系统是著名的例外，它们教导了一种具有靠近但不必附着在过滤介质上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过滤器组件，包括：　　　　纤维性的过滤介质；和　　　　附接于所述纤维性过滤介质的导电电极，其中所述导电电极与所述纤维性过滤介质在多个基本在同一平面上的位置物理接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷克斯科泼姆，斯文科泼姆，布里安科泼姆，
申请(专利权)人：斯特奈尔有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]